浅谈水泥-土搅拌桩复合地基的影响因素
摘要：文章分析了影响水泥-土搅拌桩复合地基的因素，并用数学统计方法对某高速公路水泥-土28d龄期的强度作了预测，与实验结果比较，该方法的拟合度很高。本文提出的各影响因素在一定程度上对于指导相关工程软土地基的处理有一定的指导意义。
关键词： 高速公路；软土地基；水泥-土搅拌桩；
Abstract: the article analyzes the impact of cement mixing pile composite foundation soil of factors, and mathematical statistic method of an expressway cement soil 28 d the strength of the cement predicted, and the experiment results is, this method is more high. This paper proposed the influence factors on certain level to instruct the relative engineering of the soft soil foundation treatment has some significance.
Keywords: highways;soft soil foundation; Cement mixing pile and soil; 1工程概况
根据常澄高速公路整个工程路线软土分布及地质资料分析，软土地基一般位于地势低洼的水稻田区及河塘密布区，多为河相、湖相沉积、冲积的灰色淤泥质粘土或软亚粘土层，。本标段软基处理采用水泥-土搅拌桩湿喷法加固软土地基，加固料为P.O.32.5#普通硅酸盐水泥，桩径50cm，间距1.0m～1.5m之间，梅花方形布置，掺入水泥量有50㎏/m、60㎏/m、65㎏/m三种，总工程量为146,830根，总长257万延米。
桩顶以下2.0m以内，强度普遍较高，标贯击数在70击左右。桩顶以下2.0～7.0m，系水泥-土搅拌桩的复搅最佳深度，总体强度较好，标贯击数最高可达63击，平均水平在40～60击间。桩顶以下7.0～10.0m，桩体的强度普遍比原地基土强度略高，标贯击数18～26击，无侧限抗压强度最高可达494.8KPa。桩顶10m以下，桩长18m以内，地基土标贯击数一般在3～7击，水泥搅拌桩标贯击数一般在5～10击，总体强度增长不大，无侧限抗压强度在78～122KPa之间波动。
钻探取芯结果表明，桩体从上至下标贯击数明显减少，桩体强度随着深度的加大递减。试验测定的标贯击数，因受施工的搅拌影响，具有较大的离散性。
2 影响水泥-土搅拌桩复合地基的因素
2.1深层搅拌机钻头的选择
合理选用搅拌机搅拌头的组合形式，是保证和提高搅拌桩质量的重要因素之一。搅拌头组合形式的优劣关系到成桩的强度，同时也影响转矩的大小。一
般情况下，搅拌头的选择应满足转速快，转矩大。
单头搅拌机的钻头大部分除有两片互成180。麻花叶片外，还增设了一组副叶片，该叶片可以使土体粉碎的更细，搅拌更充分，对高压缩性、含水量大的淤泥土比较适用，作业效率较高。另外，搅拌头叶片组合形式还应保证搅拌头反向旋转提升时对桩体混合土有压实作用，保证桩的强度和密实度。合理选用搅拌头组合形式，还包括搅拌头的喷浆口位置。湿喷法喷浆口位于叶片下与中心轴上时，浆液沿桩的横截面方向喷射效果不同；喷浆口位于叶片下时，浆液喷射分布为外密中疏，成桩的直径大，施工中喷浆口易堵塞；喷浆口位于中心轴上时，成桩浆液喷射相对较为均匀，成桩直径与设计相符合。
2.2施工过程对水泥土搅拌桩复合地基的影响
水泥-土搅拌桩施工工艺流程为：水泥浆制备→搅拌机定位→预搅下沉→提升喷浆搅拌 →重复上下搅拌→清洗集料斗→移至下一桩位。在各段落开工前应有认真的试桩工作，详细了解地质条件，确定施工技术参数以指导本段落的施工。
水泥-土搅拌桩复合地基与施工过程中的桩位偏位、水泥浆配置浓度、钻杆垂直度、喷浆量的多少、停灰面等有直接关系。桩位偏位势必使地基有的部位处理不好，路基整体效果达不到要求；水泥浆浓度大小与掺入水泥量的多少有着直接关系，喷入浆液量一定时，浓度越稀，水泥掺入量就越少，从而桩体强度达不到设计要求。钻杆的不垂直，打设出来的桩就属于斜桩，在复合地基中，受垂直的力不集中，工后沉降比设计要求大，因此加强现场施工管理和严格按照试桩参数施工是使施工工艺更趋完善，搅拌桩质量更加可靠的重要手段。
2.3混合土的搅拌效果对水泥-土搅拌桩桩强度的影响
检测结果已充分证明搅拌效果直接影响混合土的抗压强度，一般情况下，软基土破碎得越细，水泥浆与土体搅拌得越充分，水泥浆分布得越均匀，混合土的无侧限抗压强度就越高。复搅的作用就在于让水泥浆与土体得到比较完全的接触和作用，促使桩体的形成。通过提高复搅次数,控制钻杆的上升、下降速度可改善搅拌均匀性问题，具体应通过现场工艺试验确定合适技术参数[1]。同时，钻头喷出的浆液一般呈脉冲状，若不进行充分搅拌，水泥在桩中往往呈层状，形成一种”夹生”，成为断桩。从检测抽芯可以看出搅拌的效果与下钻的深度有很大的关系，下沉越深，搅拌的效果越差，使得下层桩体不及上层桩体密实。为了提高工效，钻机下钻时可以提高转速，但是当反转提升喷浆搅拌时，切莫快速旋转和提升，否则将会严重影响搅拌的均匀性和浆量的掺入。
2.4水泥-土搅拌桩是否进入持力层对沉降的影响
处理结果表明，水泥-土搅拌桩打穿软土层进入较硬的持力层沉降很少；若未打穿软土层，成为悬浮桩时沉降就大。地基的过大沉降，说明桩尖下层的软土沉降还相当大，而且持续时间较长，情况严重时，将不得不重新进行处理甚至
报废。目前高速公路对软土地基的处理要求越来越严格，并且不断向沿海、近海地区延伸，遇到的深厚软土也将越来越多，而且现有深层搅拌桩机所能达到的深度有限。解决这个问题，除了进一步提高机械设备的性能外，在设计理论上也需要有一个突破，同时在实践中需不断探索解决的方法。
2.5 褥垫层的作用
基础底板混凝土垫层不能替代松散材料的褥垫层。施工中应保证桩体顶部标高与褥垫层底部标高相同，否则褥垫层作用不能充分发挥，桩间土承载力不能得到充分利用[2]。基坑开挖后应立即对检测部位加以覆盖保护，防止天然含水量的消散，以免影响检测数据的准确性。结合本地区经验，以相对变形值确定地基承载力特征值时，建议s/b取1.0，以在确保结构安全的条件下，有效发挥复合地基的作用。
2.6 土质、水质对水泥土强度的影响
土样土粒组成,主要为砂粒含量,它对水泥土强度影响很大。一些地基淤泥及淤泥质土因砂粒含量较低,通过增加水泥掺量及提高搅拌均匀性均难以达到强度要求,而在水泥粉中掺入一定比例粉细砂可取得较满意的强度。长期的实践证明,对高岭石、多水高岭石、蒙脱石含量较高的软土,加固效果较好;对伊利石、氯化物、水铝石英含量较高的软土、有机质含量较高的软土、PH值较低的软土,加固效果较差。当软土的塑性指数大于25 时,容易在搅拌头叶片上形成泥团,无法完成搅拌。当p H 值小于4 时,掺入百分之几的石灰,通常PH值会大于12。
地下水硫酸盐含量较高时,因其与水泥起化学反应,对水泥土具有结晶性侵蚀,呈现出开裂、崩解破坏。为此应选用抗硫酸盐水泥,使水泥土中产生的膨胀物质控制在一定的范围内,提高水泥土的抗侵蚀能力。地下水的含盐度高时,水泥土的早期强度提高较快,随着时间的增长会产生崩解破坏。
2.7水泥-土搅拌桩复合地基承载力和单桩承载力的关系
水泥-土搅拌桩复合地基的平均允许承载力公式为：
［σ复合］=a×［σ桩］+(1-a)［σ土］（1）
式中：σ复合表示复合地基的平均允许承载力；a表示置换率；σ桩表示搅拌桩的允许承载力；σ土表示天然地基土的允许承载力。
从上式可知，桩的强度将直接影响复合地基的强度，假设桩的强度不断增加而天然土的强度不变，按照公式（1）的计算，复合地基的强度也会不断增加，然而实际情况并不如此。因为桩从本质上讲是属于摩擦桩类，当土的强度不变，而且饱和软粘土的强度很低时，即使不断增加桩的强度，总的复合地基强度不会随之增加。只有当天然土的强度也增强时，整个复合地基的强度才会增加。所以桩的强度应应与天然土的强度相匹配。反过来如果桩的强度过低，就达不到
复合地基处理的效果。
3 结语
软基处理是高速公路建设中的一个技术难题，水泥-土搅拌桩处理软基的效果不仅与设计计算方法有关，而且与施工质量的控制密切相关。在选用水泥-土搅拌桩处理软土地基时，应十分重视对软土地基段地质情况的详细了解和分析，必要时须进行补勘来确定软基的范围、深度和性质，以提高沉降计算的精度和验证设计的合理性，这样才能保证软基处理的效果，使高速公路软基处理技术达到预定的效果。本文提出的影响水泥土复合地基的因素综合了数个工程实例，比较全面系统的阐述了处理中易出现的问题及应对方法，并将数学的方法应用到工程实例中，取得了预期的效果，对于今后软土地基的处理有一定的参考。
参 考 文 献：
[1] 杨克斌,季根蔡.水泥土强度发展影响因素分析[J], 广东水利水电, 2005,6(3):16-19.
[2] 王丽香. 影响水泥土搅拌桩复合地基承载力的主要因素[J].工程质量，2005，7:58.
[3] 曾卫东,唐雪云,何泌洲.深层搅拌法在处理泥炭质土中的应用[J].地质灾害与环境保护,2002,13(2):67--79.
